Min Kyoung-Nam;Lim Kwang-Su;Jang Chang-Sik;Lim Dae-Hwan
Tunnel and Underground Space
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v.15
no.2
s.55
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pp.111-118
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2005
The area of investigation belongs to Okchon metamorphic zone and the fault fractured zone runs parallel to the tunnel direction. It causes the independent decline of tunnel face and the slackness of the tunnel surrounding base so, after all, the severe displacement has occurred within the tunnel. Accordingly, the TSP(Tunnel Seismic Prediction) survey has been performed to investigate the extent of fault fractured zone and to analize its characteristics. Also, we have analized the behavior causes by performing the tunnel face mapping and drilling investigation, and confirmed the position and scale of geological anomaly area and front fractured zone which influences tunnel excavation and supporting. Collected data analyzed ground layer condition through 3 dimensional modeling. Several variables included in the modeling were analyzed by geostastistics. The analysis of the modeling data shows that the belt of weathering by fault fractured zone is developing on the basis of the right side of tunnel and that is decreasing to the left side. The fault fractured zone was confirmed that it has strike, $N0\~5^{\circ}E$ dip NW, and it is consisted of large-scale fractured zone including several anomalies. The severe displacement in tunnel is probably caused by asymmetrical load that n generated by the crossing of discontinuity and the rock strength imbalance of tunnel's both side by fault fractured zone, and judge that need tunnel reinforcement method of grouting etc.
Although the evaluation of the mechanical properties and behavior of jointed rock masses is very important for the design of tunnel and underground openings, it has always been considered the most difficult problem. One of the difficulties in describing the rock mass behavior is the selection of the appropriate constitutive model. This limitation may be overcome with the progress in discrete element software such as PFC, which does not need the user to prescribe a constitutive model for rock mass. In this paper, a 30\;m\;\times\;30\;m\;\times\;30\;m m jointed rock mass of road tunnel site was analyzed. h discrete fracture network was developed from the joint geometry obtained from core logging and surface survey. Using the discontinuities geometry from the DFN model, PFC simulations were carried out, starting with the intact rock and systematically adding the joints and the stress-strain response was recorded for each case. With the stress-strain response curves, the mechanical properties of jointed rock masses were determined. As expected, the presence of joints had a pronounced effect on mechanical properties of the rock mass. More importantly, getting the mechanical response of the PFC model doesn't require a user specified constitutive model.
Kang Seong-Seung;Lee Heon-Jong;Kang Choo-Won;Kim Cheong-Bin
Tunnel and Underground Space
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v.15
no.3
s.56
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pp.223-227
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2005
The physical and mechanical properties of volcanic glass, which is distributed in the Samho area, South Korea were studied. Laboratory rock tests were carried out in order to obtain the various properties of rocks. Specific gravity, water content, absorption, porosity and wave velocity were measured for the physical properties. Uniaxial and triaxial compressive tests, Brazilian test and point load test were also performed for the mechanical properties. The tests of volcanic glass revealed that the apparent specific gravity, water content and absorption were 2.28, $1.67\%$ and $1.72\%$, respectively. Porosity $(3.87\%)$ was lower, whereas P-wave velocity (5330m/s) and S-wave velocity (2980 m/s) were relatively higher. Brazilian tensile strength ot 7.2MPa, and point load strength of 2.6MPa were among the mechanical properties of the rock. Uniaxial compressive strength (62.4MPa) estimated ken point load strength was very closed to the value (66.0MPa) from the uniaxial compressive test. Young's modulus and Poisson's ratio were E=43.2 GPa and v=0.28, respectively. Drawing the tangent line to Mohr-Coulomb failure criterion showed the cohesion of 20.1MPa and internal fraction angle of $28.6^{\circ}$.
Tunnel lining is the final support of a tunnel and reflects the results of the interaction between ground and support system. Recently it is very difficult to support and manage the tunnel because the cracks on tunnel lining cause many problems in supporting and managing tunnels. Therefore the analysis of the cracks is quite strongly required. In this study, mechanical behaviour of a tunnel lining was examined by model tests and by numerical analyses. Especially the model test was examined for double linings including shotcrete and concrete lining. The model tests were carried out under various conditions taking different loading shapes, horizontal stresses, thicknesses of linings and double lining, vault opening behind the concrete lining and rock-like medium surrounding the lining. Due to horizontal stress, compressive stress prevailed on the lining. Thus the bearing capacity of the lining increased. The existence of a vault opening behind the concrete lining reduced the bearing capacity by the similar amount of reduction of concrete lining thickness. Rock-like medium cast around the side wall of the lining restrained the deflection of the lining, and the bearing capacity for cracking and failure increased vary much. In numerical analyses a algorithm which can analysis the double lining by introduction of interface element was developed. And the results of the numerical analyses were compared with the results of the model tests.
Chun Byung-Sik;Lee Yong-Jae;Ahn Kyung-Chul;Shin Jae-Keun;Jung Sang-Hoon
Tunnel and Underground Space
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v.16
no.3
s.62
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pp.251-258
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2006
In this paper, the applicability to the Korean rock condition of using the deformation moduli based on Rock Mass Rating (RMR) and Pressuremeter Test (PMT) is evaluated. The correlations among deformation moduli and various rock properties were also analyzed. It appears that the existing correlations using RMR overestimate the deformation moduli and wide variation was found between predicted moduli using these correlations and measured values. As for the correlations among the deformation moduli and various rock properties, Rock Quality Designation (RQD) and unconfined compressive strength (UCS) were found to correlate to deformation moduli reasonably well, but joint spacing and joint conditions appear to correlate poorly to RQD and UCS. Additionally, groundwater can not be correlated with the modulus values. While the depth has very little contribution to deformation modulus, it should be factored in the simple regression analyses with various rock mass properties, especially with the correlations made with UCS, RQD etc. With the deficiencies of these correlations, more in depth analysis techniques such as multivariate correlations may be to reliably estimate deformation modulus of rock mass.
In rock mass subject to high in-situ stresses, the failure process of rock is dominated by the stress-induced fractures growing parallel to the excavation boundary. When the ratio of in situ stresses compared to rock strength is greater than a certain value, progressive brittle failure which is characterized by popping and spatting of rock debris occurs due to stress concentration. Traditional constitutive model like Mohr-Coulomb usually assume that the normal stress dependent frictional strength component and the cohesion strength component are constant, therefore modelling progressive brittle failure will be very difficult. In this study, a series of numerical analyses were conducted for surrounding rock mass near crude oil storage cavern using CW-FS model which was known to be efficient for modelling brittle failure and the results were compared with those of linear Mohr-Coulomb model. Further analyses were performed by varying plastic shear strain limits on cohesion and internal friction angle to find the proper values which yield the matching result with the observed failure in the oil storage caverns. The obtained results showed that CW-FS model could be a proper method to characterize essential behavior of progressive brittle failure in competent rock mass.
Stereophotogrammetry is a method to extract information of an interested area by constructing a stereo-image from two or more photos. In this study, the stereophotogrammetry was adopted to obtain the joint orientation and trace length from a sampling window and its measurements were compared with the result by a clinocompass and measuring tape to evaluate the applicability of the stereophotogrammetry to rock joint survey. A commercial stereophotogrammetry program, ShapeMetriX 3D, was used for this purpose. Firstly, the accuracy of the measuring method using ShpaeMetrix 3D was evaluated by a model test. Secondly, joint orientations on a rock slope and tunnel were obtained by using ShapeMetriX 3D and compared with the measurement by a clinocompass. Finally. the effect of base-depth ratio in photographing was evaluated by comparing images with various base-depth ratios, and the usefulness of closed-up photographing on a rock exposure to increase the measurement accuracy was tested. The dip and dip direction of each model plane obtained by ShapeMetriX 3D showed an error ranged between $-5^{\circ}\;and\; 5^{\circ}$ on the basis of the results by the measuring tape. Base-depth ratio proved not to influence the analysis result by ShapeMetriX 3D if all the images were taken without any hidden area. The close-up photographing turned out useful to obtain the detailed images and therefore precise result when ShapeMetriX 3D was adopted.
At low in-situ stress, the continuity and distribution of natural fractures in rock mass predominantly control the failure processes. However at high in-situ stress, the failure process are affected and eventually dominated by stress-induced fractures preferentially growing parallel to the excavation boundary. This fracturing is often observed in brittle type of failure such as slabbing or spatting. Recent studies on the stress- or excavation-induced damage of rock revealed its importance especially in a highly stressed regime. In order to evaluate the brittle failure around a deep underground opening, physical model experiments were carried out. For the experiments a new tue triaxial testing system was made. According to visual observation and acoustic emission detection, brittle failure grades were classified under three categories. The test results indicate that where higher horizontal stress, acting perpendicular $(S_{H2})$ and parallel $(S_{H1})$ to the axis of the tunnel respectively, were applied, the failure grade at a constant vertical stress level (Sy) was lowered. The failure initiation stress was also increased with the increasing $S_{H1}\;and\;S_{H2}$. From the multi-variable regression on failure initiation stress and true triaxial stress conditions, $f(S_v,\;S_{H1},\;S_{H2})$ was proposed.
Park, Jong-Sung;Ryu, Dong-Woo;Ryu, Chang-Ha;Lee, Chung-In
Tunnel and Underground Space
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v.17
no.2
s.67
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pp.109-118
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2007
The excavation damaged zone (EDZ) is an area around an excavation where in situ rock mass properties, stress condition. displacement. groundwater flow conditions have been altered due to the excavation. Various studies have been carried out on EDZ, but most studies have been focused on the mechanical bahavior of EDZ by in situ experiment. Even though the EDZ could potentially form a high permeable pathway of groundwater flow, only a few studies were performed on the analysis of groundwater flow in EDZ. In this study, the' hydraulic EDZ' was defined as the rock Lone adjacent to the excavation where the hydraulic aperture has been changed due to the excavation. And hydraulic EDZ (hydraulic aperture changed zone) estimated by two-dimensional DEM program was considered in three-dimensional DFN model. From this approach the groundwater flow characteristics corresponding to hydraulic aperture change were examined. Together. a parametric study was performed to examine the boundary conditions that frequently used in DFN analysis such as constant head or constant flux condition. According to the numerical analysis, hydraulic aperture change induced by the hydraulic-mechanical interaction becomes one of the most important factors Influencing the hydraulic behavior of jointed rock masses. And also from this study, we suggest the proper boundary condition in three-dimensional DFN model.
Park, Jung-Wook;Park, Chan;Ryu, Dongwoo;Choi, Byung-Hee;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.26
no.3
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pp.235-252
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2016
This study presents a methodology to reproduce the mechanical behavior of isotropic or transversely isotropic rock using the polygonal grain-based distinct element model. A numerical technique to monitor the evolution of micro-cracks during the simulation was developed in the present study, which enabled us to examine the contribution of tensile cracking and shear cracking to the progressive process of the failure. The numerical results demonstrated good agreement with general observations from rock specimens in terms of the behavior and the evolution of micro-cracks, suggesting the capability of the model to represent the mechanical behavior of rock. We also carried out a parametric study as a fundamental work to examine the relationships between the microscopic properties of the constituents and the macroscopic behavior of the model. Depending on the micro-properties, the model exhibited a variety of responses to the external load in terms of the strength and deformation characteristics. In addition, a numerical technique to reproduce the transversely isotropic rock was suggested and applied to Asan gneiss from Korea. The behavior of the numerical model was in good agreement with the results obtained in the laboratory-scale experiments of the rock.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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